本周，科学博物馆将在伦敦推出一个互动展览伦敦数学学会和伦敦剧团，非零一。为了庆祝数学学会成立150周年，你的目的是什么?发现数学!’是一个为期五天的节日，旨在“挑战数学困难而深奥的普遍看法，并向游客展示当代数学如何改变人们的生活并影响每个人。”
说到“改变人们的生活”，很难想象有比心血管药理学家最近的工作更合适的了Manasi Nandi博士和数学家Philip Aston博士她将在电影节上联合展出一场名为Cardiomorph的展览。他们领导了一个由生物学家和数学家组成的团队，他们合作以一种全新的方式将非线性数学应用于血压数据，取得了一些令人惊讶的、可能挽救生命的结果。
我们与Manasi和Philip谈论了他们的工作，以及如何为有效和客观地诊断世界各地重症监护病房(ICU)的主要死亡原因之一提供手段。
数学家Philip Aston博士和心血管药理学家Manasi Nandi博士将在科学博物馆共同展出。
血压的新视角
基于生命科学与医学学院“，在伦敦国王学院，Manasi的研究主要集中在败血症中的心血管功能障碍——这是医院的一个大问题，当感染中的细菌进入血液时，它们会激活全面的中央反应，而不是局部免疫反应，引发全身的炎症级联反应。这会迅速升级为感染性休克，血压骤降，破坏主要器官的氧气输送，导致多器官衰竭。这是一个严重的临床问题，也是世界范围内ICU死亡的主要原因。
通常用于诊断的一个指标是由血管渗漏和扩张引起的血压下降——然而，临床医生经常发现得太晚，无法做出改变。部分问题在于，人体已经进化到可以将血压从某些身体系统(如肠道和皮肤)转移，以便在身体进入“休克”时维持心脏和大脑等重要器官的血压。这可能意味着，即使身体系统已经开始关闭，病人实际上生病了，但测量的血压可以显示正常。
向数学家展示这一问题的机会来自一个旨在促进跨学科合作的医学数学研究小组。“我们通常使用无线电遥测或PowerLab通常是1000Hz(每秒1000个数据点)，但我们倾向于丢弃其中的大部分，因为使用传统分析处理起来太多了，”Manasi解释道。“计算收缩压和舒张压以及心率的平均值是有用的，但这样做就忽略了波形形状中包含的其他数据。研究小组(由NC3Rs组织)提供了一个机会，将原始数据提供给数学家，看看他们可以用这些数据做什么。”
作为萨里大学(University of Surrey)的数学讲师和研究员，菲利普·阿斯顿(Philip Aston)已经对数学生物学感兴趣，他参加了2013年的研讨会。他甚至让自己的角色听起来很轻松。“我对Manasi收集的血压数据很感兴趣，并提出了一种分析数据的新方法。到本周末，分析这些数据的基本框架已经建立起来。”但是Manasi对这个问题进行了全面的分析。“他利用这些数据做了一些以前没有人做过的事情。对于数学家和工程师来说，也许这种方法是显而易见的，但它还没有以这种特殊的方式用于这种生理信号。”
深入研究数学
传统上，人们将收缩压和舒张压作为衡量心血管健康的指标。菲利普没有只看波形上的最高点和最低点，而是使用了所有的血压波形数据，沿着波取三个等距离的点，并在三维空间中相互绘制。当它们沿着波移动时绘制点，就会创建一个“吸引器”，它会为每个心跳周期建立一个层，生成立方体中所有原始数据点的三维网格。然后将立方体旋转，从一个角观看，得到一个二维三角形。研究小组意识到，这是一种连续实时量化波形形状的方法，也是一种评估患者健康状况的潜在新方法。
下图显示了这样一个吸引子-臂的大小和厚度，热点的位置和倾斜角度等都与输入波的形状有关。心脏收缩的性质和血管网络的状态会微妙地改变输入波的形状。研究小组已经证明，他们可以在疾病的早期阶段(使用啮齿动物模型)看到吸引子的变化，而不是通过常规的收缩压/舒张压分析来检测到它们。
吸引子可以提供关于心脏收缩的见解。
对于ICU临床医生来说，这意味着吸引子可能在标准ICU监测仪检测到传统的疾病迹象之前提供信息，为检测血液样本和早期开始治疗赢得了宝贵的时间。对某些病人来说，这简直就是生与死的区别。
个性化医疗的未来?
将吸引子的见解应用于脓毒症的诊断只是一个开始。看似健康的人之间的差异也很迷人，似乎无穷无尽，让一个人看到他们随着年龄的增长、锻炼和对周围环境的反应而发生的变化。研究小组认为，这种方法也可以在开发个性化药物方面发挥重要作用——一种了解个人“个人”心血管和心脏跳动周期并跟踪他们在疾病期间的个人轨迹的新方法，而不是将治疗方案建立在数百万钟形曲线的中间。
他们对这样一个强有力的结果感到惊讶吗?Manasi:“是的，如果你两年前告诉我，我会用非线性混沌数学来解释我的工作，我绝对不会相信你!对我来说，我欣赏和欣赏数学的美妙之处在于，这种方法极大地减少了偏见，并提取了你以前无法检测到的东西，因为你使用了所有的数据。通过结合我们的学科，我们发现了一些我们从未预料到的强大东西。”菲利普表示同意，“如果这个项目能改变人们的生活，那就太棒了。如果分析数据可以挽救生命，那么整个团队在这个项目上投入的时间和精力就更值得了。”
如果你想有机会看到你的个人吸引力，不要错过Cardiomorph展览，这是“你的角度是什么?”发现数学!该展览将于11月25日(周三)开始，一直持续到周日。看到这里有一些活动儿童和成人都适用。或者你可以阅读更多关于展览背后的研究在这里。
团队:菲利普·阿斯顿和马克·克里斯蒂(萨里大学)和马纳西·南迪(伦敦国王学院)。
